Прошлая статья про полный разбор схемотехники современного кнопочного телефона вам понравилась. Однако в опросе и комментариях я встречал альтернативное мнение: мол обзор современного устройства, где все компоненты уже включены в SoC — не особо интересен из-за слишком высокого уровня интеграции. Читатели очень хотели узнать о том, что «под капотом» у первых GSM-телефонов, и не раздумывая я начал искать документацию и готовить новую статью в поистине уникальной рубрике.

Сегодня на примере легендарной раскладушки Motorola StarTAC мы с вами в мельчайших подробностях узнаем о том, как были устроены телефоны из 90-х...

❯ Предисловие

По правде сказать, к устройствам от Motorola у меня особое отношение. В каких-то аспектах я их просто обожаю, в каких-то недолюбливаю, но факт остаётся фактом — телефоны оригинальной, до Lenovo'вской Моторолы были по своему уникальными, причём как с инженерной точки зрения, так и с пользовательской.

Полгода назад я рассказывал вам об истории моддинга легендарного кнопочного телефона Motorola E398. В ней мы не только во всех деталях изучили платформу Neptune-LTE, построенную на базе ядра ARM7TDMI и DSP S-Onyxu, но и вкратце вспомнили историю появления телефонов Motorola после середины 90-х. За всё свое существование, Motorola использовала целый зоопарк самого разного железа: сначала были GSM/DCS телефоны построенные на собственном процессоре m68k, затем его заменили на RISC-микроархитектуру M-Core в некоторых CDMA-устройствах, далее в линейке Talkabout использовали ARM-чипсеты от Texas Instruments и собственную платформу под названием Neptune (с подвидами LTE и LCA), а затем уже перешли к ядрам ARM11 в Linux-телефонах.

Сегодня мне хотелось бы поговорить как раз об устройстве на базе m68k — легендарной раскладушке StarTAC 70 1997 года выпуска. На этот аппарат есть очень обширный сервис-мануал с подробными пояснениями от инженеров Motorola, поэтому мы сможем во всех деталях разобраться с аппаратной платформой и схемотехникой устройства. Телефон подарил мне читатель Александр с Хабра специально для этой статьи, за что ему огромное спасибо!

❯ Внешний осмотр

Необычные инженерные решения начинаются уже с осмотра устройства. StarTAC в своё время стал первой в мире раскладушкой, и в отличии от более современных моделей, здесь в глаза бросаются сразу две диковинки:

Во первых, устройство использует литиевый аккумулятор заместо Ni-Cd, благодаря чему часть StarTAC'ов дожила до наших дней с родными АКБ. При этом существовало несколько вариаций аккумуляторов — от тонких 350мАч, до усиленных 900мАч. Сам телефон уже в фоне потреблял ~250мА на главном экране, из-за чего аккумулятора хватало максимум на пару часов использования. Для решения этой проблемы, Motorola предусмотрела возможность подключения дополнительного аккумулятора к задней крышке устройства.

При этом сам аккумулятор был расположен не с нижней части устройства, как это обычно принято, а с верхней. Таким образом, Motorola оптимизировала развесовку устройства так, чтобы крышка не казалась слишком лёгкой, а нижняя часть не была слишком толстой.

Ведь снизу у нас располагается полноценный сим-лоток. Да, за 10 лет до Apple, в StarTAC предлагалось устанавливать SIM-карты в специальный слот. Однако в те годы, SIM-карты представляли из себя огромные смарт-карточки размером с банковскую (и остаются таковыми сегодня, если не выдавливать симку из заводской упаковки), из-за чего ширина корпуса и габариты диктовались размерами SIM.

Также снизу расположился порт для коммуникации с ПК, который инженеры почему-то обозвали «Butt plug» или... ну, кто понял, тот понял :)

Но самое интересное мы видим, когда открываем крышку. Ведь в отличии от современных раскладушек, здесь дисплей расположился не на крышке, а на основном блоке устройства, по соседству с кнопками. На самом деле, это большой плюс как к надежности устройства — шлейф практически не подвержен износу и при его обрыве устройство не перестанет работать полностью, так и к ремонтопригодности — даже в случае износа, его можно заменить на несколько перемычек:

Несмотря на годы, аппарат всё ещё включается и работает, правда сеть, к сожалению, не ловит и даже в 112 не дозванивается. 2G в Краснодарском крае пока ещё работает, так что дело явно не в сети...

Однако самое интересное скрывается у StarTAC «под капотом». Давайте же познакомимся с ним поподробнее!

❯ Изучаем

Телефон разбирается до смешного просто: достаточно лишь открутить два винта с верхней части устройства и потянуть крышку вверх (по отношению к антенне), не забыв вытащить антенну. Тут же нас встречает обильное число припаянных защитных экранов, большое количество компонентов на плате, тот самый сим-лоток и шлейф-перемычка для дополнительного аккумулятора.

Обращаясь к схеме, мы сразу же видим весьма необычное решение: наличие дополнительного аккумулятора сразу предусмотрено контроллером питания GCAP. Он не только умеет их отдельно заряжать, но и мониторить состояние с помощью термистора и встроенного Fuel gauge, а в BMS аккумулятора предусмотрена шина типа 1-Wire для коммуникации с процессором и самоидентификации. Ну, во времена когда в телефонах применялись и Li-Ion, и Ni-Cd, это было просто необходимо.

Для дальнейший разборки нам необходимо отключить шлейф и осторожно отщелкнуть плату от клипс. Мой StarTAC кто-то до меня уже разбирал, из-за чего одна защёлка оказалась сломанной. После этого, нас встречает следующая картина:

Как мы видим, дисплейный и клавиатурный модуль для StarTAC произвела Samsung. В целом, это логично: Samsung уже в 90-х была самодостаточной и самостоятельно производила многие компоненты для своих телефонов, включая дисплеи. На дисплейной плате мы можем заметить символьную STN-матрицу с разрешением 4x15 (4 строки по 15 символов) с отдельным огромным контроллером в капле, а также драйвер подсветки. Как и в современных дисплеях, здесь матрица приклеена к плате специальным токопроводящим клеем. Но сохранит ли он свои свойства ещё хотя-бы 15-20 лет?!

Самое интересное находится под импровизированным экраном из фольги, который необходимо отклеить для обслуживания платы. С фронтальной части скрываются основные компоненты Baseband-части телефона, в то время как сзади — радиотракт:

Сверху мы видим сразу 4 микросхемы, одна из которых представляет из себя чистый кристалл, без подложки и корпуса. Это — центральный процессор StarTAC'а, так называемый Pollux, тот самый легендарный m68k, что использовался и в КПК Palm, и в компьютерах Amiga, и даже стационарных ПК от Apple! Если быть точнее, это родственник MC68332, работающий на частоте 13МГц и представляющий из себя микроконтроллер с встроенным PLL, таймером, UART, SPI и, что очень необычно, внешней 16-битной параллельной шиной типа 8080. Поскольку это полноценный m68k, внутри есть даже MMU!

Чуть левее расположилась микросхема EEPROM на 8КБ, которая хранит в себе перезаписываемую информацию типа кода блокировки, IMEI, информации о сим-локе и другие данные, в то время как чуть ниже расположилась микросхема EPROM-памяти объёмом в 1МБ с основной прошивкой устройства. Поскольку EPROM требует 12В для программирования, формирование которых на плате не предусмотрено, телефон невозможно прошить без программатора типа TL866. Посередине расположилась микросхема ОЗУ от Mitsubishi типа SRAM объёмом в 128КБ. Совсем немного!

Чуть правее от процессора можно найти микросхему TC682EQA — это инвертирующий повышающий преобразователь, который формирует -10В для дисплея. Скорее всего, это напряжение BIAS или что-то в этом роде, так что если у вашего StarTAC нет изображения на экране — проверьте наличие -10В.

Чуть ниже можно обнаружить микросхему SCS138EC10, которая представляет из себя BIC — что-то вроде хаба (южного моста) в обычных ПК. В неё входит АЦП/ЦАП, контроллер клавиатуры, LDO для питания SIM-карт, контроллер SIM, а также вероятно и другие элементы. Ещё чуть ниже можно увидеть чип от Lucent (помните Alcatel-Lucent?) — это отдельный DSP, занимающийся задачами обработки низкоуровневых датаграмм из RF-фронтэнда, декодированием и кодированием звука, а также коммуникацией с бейсбендом устройства для предоставления более высокоуровневого интерфейса типа AT.

Я не зря упомянул поддержку процессором параллельной шины. Дело в том, что вся связь между основными частями Baseband'а в StarTAC'е организовано посредством классической шины 8080 и, в случае RF-фронтэнда, SPI. Насколько я понял, арбитража на шине кроме процессора нет, никакая перфиерия не может писать в ОЗУ и EEPROM без участия m68k.

Также на фото выше можно было заметить контроллер питания GCAP от Texas Instruments. Как я уже говорил, в его задачи входит зарядка аккумулятора (-ов), усилитель звука, менеджмент кнопки питания, а также несколько DC-DC преобразователей для формирования основных шин питания. Да, даже в то время контроллеры питания уже были такими комплексными и крутыми!

Чуть ниже расположился отдельный ASIC под названием Speech Coder с кодировщиком звука. Вообще, обычно эта задача выполняется DSP, но здесь почему-то есть ещё отдельный чип с аппаратным AMR?

С обратной стороны скрывается радиочасть и в ней тоже есть кое-что интересное, что отличает StarTAC от современных телефонов:

Во первых, вся RF-часть закрыта припаянными защитными экранами. При этом отпаять их было не проблемой: подул феном на 320 гр. минуту и они легко отошли даже без флюса. Правда с одним экраном улетело пару конденсаторов, которые затем пришлось выискивать на схеме и припаивать :)

Снизу расположился модем устройства. Да, в отличии от более современных кнопочников, в StarTAC понятие центрального процессора (инженеры Motorola назвали его Call processor) и модема (Baseband'а) разделили. Поскольку StarTAC'и существовали для D-AMPS, вероятно это было сделано для унификации аппаратной базы устройств: основная платформа на базе m68k, плюс модем для нужного стандарта. Однако в случае StarTAC, модем не является отдельным процессором и просто выполняет часть функций RF-фронтэнда типа модуляции.

Чуть выше расположился преусловный RF-фронтэнд GIFSyn. Что такое фронтэнд, мы уже узнали с вами в прошлых статьях: это тот самый чип, внутри которого происходит магия по демодуляции волн из эфира в цифровые датаграммы, которые затем идут в DSP, и обратный процесс: именно он модулирует пакеты из DSP, отправляет их на усилитель, а тот в свою очередь — в эфир.

Правее модема расположился усилитель мощности вместе с неким дополнительным чипом, который выполняет роль повышающего преобразователя. Судя по сервис-мануалу, усилители в те годы были относительно совместимы и вместо чипа от Motorola мог стоять Siemens и Alpha. Транзисторы ниже занимаются коммутацией питания с аккумуляторов.

И... в целом, это вся компонентная база! Просто сравните StarTAC 70 с платой любого чуть более современного телефона. А всего через один год, в 1998, в Talkabout'ах практически всю RF-часть уместили в один чип!

❯ Заключение

Вот такой была легендарная Motorola StarTAC. Да, внутри всё оказалось куда интереснее, чем, вероятно, думали многие читатели. На стыке тысячелетий, устройство буквально за год перешло от стадии платформы с большим количеством чипов, где каждый отвечает за свою задачу, до высокоинтегрированного решения, где практически всё уместилось в один кристалл. И ещё 12 лет понадобилось для того, чтобы засунуть весь телефон в один-единственный чип...

Ну а я надеюсь, что вам было интересно. Подписывайтесь на блог, чтобы не пропускать новые статьи каждую неделю! А если вам интересна тематика ремонта, моддинга и программирования для гаджетов прошлых лет — подписывайтесь на мой Telegram-канал ‭«Клуб фанатов балдежа‭», куда я выкладываю бэкстейджи статей, ссылки на новые статьи и видео, а также иногда выкладываю полезные посты и щитпостю. А ролики (не всегда дублирующие статьи) можно найти на моём YouTube канале.

У меня также есть Boosty, а если вы хотите что-нибудь подарить из железа и увидеть о них статью — пишите мне в Telegram. Меня очень интересуют самые разные гаджеты: начиная от игровых консолей и любых связанных с геймингом устройств, телефонов, смартфонов, КПК, заканчивая ретро-компьютерами и ноутбуками. Кто знает, может героем следующей подобной статьи окажется ноутбук из 90-х? :)

После обзоров устройства не продаются, а остаются в моей коллекции. Когда-нибудь я хочу сделать музей, где к каждому устройству можно будет приложить QR и почитать мою статью.

Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩